06届高考备考“力学设计型实验”专项-人教版[上学期]

06届高考备考“力学设计型实验”专项
1、某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中，设计了如图所示的实验装置。所用的钩码每只的质量都是30g，他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度，将数据填在了下面的表中。(弹力始终未超过弹性限度，取g=9.8m/s2)
⑴试根据这些实验数据在右图给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小F跟弹簧总长L之间的函数关系图线，说明图线跟坐标轴交点的物理意义。
⑵上一问所得图线的物理意义是什么?该弹簧的劲度k是多大?
2、为测定木块与斜面之间的动摩擦因数，某同学让木块从斜面上端自静止起做匀加速下滑运动，如图（1）所示，他使用的实验器材仅限于（1）倾角固定的斜面（倾角未知）、（2）木块（3）秒表（4）米尺。实验中应记录的数据是 计算动摩擦因数的公式是μ=
为了减少测量的误差，可采用的办法是
3、.用实验室提供的下列器材：小磁钢球（质量为m），小铜球，相同的细线两条，铁架台，铁板，用这些器材如何测量小磁钢球与铁板距离为d时，它们之间的磁力的近似值。
⑴简要说明实验的设计思想； ⑵简要说明测量的重要步骤与测量的物理量；
⑶用已知量和测量量表示磁力的计算式是 。
4、用铁架台将长木板倾斜支在水平桌面上，组成如图（1）所示）装置（示意图），测量木块沿斜面下滑的加速度。所提供的仪器有长木板、木块、打点计时器（含纸带）、学生电源，米尺、铁架台及导线，开关等。图（2）是打点计时器打出的一条纸带，纸带上标注了O点几个计数点：A、B、C、D等，相邻两个计数点间还有4个点没有标出，纸带旁还给出了最小刻度为1mm的刻度尺，刻度尺的零点与O点对齐。已知打点计时器所用交流电源的频率是50Hz。
（1）计数点C到O点的距离是 m。
（2）由纸带可以计算出木块滑动的加速度a的大小是 m/s2（保留三位有效数字）。
（3）为了测定木块与长木板间的动摩擦因数，利用上述器材还需要测量的物理量有（指出物理量的名称并用符号表示出来） 。
（4）用（3）中测量出的物理量及加速度a、重力加速度g，计算动摩擦因数的计算式是 。
5、某同学用一个测力计（弹簧秤）、木块和细线测定一木块与一个倾角固定但不知多大的固定斜面之间的动摩擦因数μ，设此斜面的倾角不大，不加拉力时，木块放在斜面上时将保持静止。
（1）写出实验的主要步骤
。
（2）写出求μ的计算式（用（1）中测出的量表示） μ= 。
6、用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生
电源，输出电压为6V的交流电和直流电两种，重锤从高处由静止开
始落下，重锤从拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带
上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能定恒定律．
①下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．按照图示的装置安装器件；
B．将打点计时器接到电源的直流输出端上；
C．用天平测量出重锤的质量；
D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；
E．测量打出的纸带上某些点之间的距离；
F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．
指出其中没有必要进行的步骤是 ；操作不恰当的步骤是 ．
②利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值．如图所示，根据打出的纸带，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点O的距离为s0，点A、C间的距离为s1，点C、E间的距离为s2，使用交流电的频率为f，则根据这些条件计算重锤下落的加速度a的表达式：a= ．
③在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减少的重力势能总是大于重锤动能的增加，其原因主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，可以通过该实验装置测定该阻力的大小．若已知当地重力加速度公认的较准确的值为g，还需要测量的物理量是 ．试用这些物理量和纸带上的测量数据表示出重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小为F= ．
7、一同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系，它的实验如下：在离地面高度为h的光滑水平桌面上，沿着与桌子边缘垂直的方向放置一轻质弹簧，其左端固定，右端与质量为m的一小钢球接触。当弹簧处于自然长度时，小钢球恰好在桌子边缘，如右图4所示。让钢球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放，使钢球沿水平方向射出桌面，小球在空中飞行后落到水平地面，水平距离为S。
（1）请你推导出弹簧的弹性势能EP与小钢球质量m、桌面离地面高度h，水平距离S等物理量的关系式： ；
（2）弹簧长度的压缩量x与对应的钢球在空中飞行的水平距离S的实验数据如下表示：
弹簧长度压缩量x/cm
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
钢球飞行水平距离S/m
1.01
1.50
2.01
2.48
3.01
3.50
从上面的实验数据，请你猜测弹簧的弹性势能EP与弹簧长度的压缩量x之间的关系 ；并说明理由： 。
8、一艘宇宙飞船飞近某一新发现的行星，并进入靠近该行星表面的圆形轨道时仅受引力作用绕行数圈后，着陆在该行星上，飞船上备有以下实验器材：A、精确秒表一只；B、已知质量为m的物体一个；C、弹簧秤一只；D、天平一只。已知宇航员在绕行时及着陆后各做一次测量。依照测量数椐，可求出该星球的半径R及星球的质量M。（已知万有引力常量为G）
①两次测量所选用的器材分别为 、 （填序号）
②两次测量的物理量分别是 ； 。
③用该测量的物理量写出半径R及质量M的表达式是： 。
9、为了测定一根轻弹簧压缩最短时储存的弹性势能的大小，可以将弹簧固定在凹槽轨道一端，并将轨道固定在水平边缘上，如图（6）所示，用钢球先将弹簧压缩至最短，而后突然释放，钢球将沿轨道飞出桌面。请回答以下问题：

（1）
有一同学在实验前用五十分度的游标卡尺测量钢球
的直径，如图（7）所示，此钢球的直径为 cm.
（2）为完成实验要求，你认为需要哪些器材？
。
（3）需要测定的物理量是 。
（4）计算弹簧最短时弹性势能的表达式为Ep= 。
10、如图3，光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，轻弹簧的一端固定在轨道的左端，OP是可绕O点转动的轻杆，且摆到某处就能停在该处；另有一小钢球。现在利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能。
（1）还需要的器材是 、 。
（2）以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对 能的测量，进而转化为对 和 的直接测量。
（3）为了研究弹簧的弹性势能与劲度系数和形变量的关系，除以上器材外，还准备了两个轻弹簧，所有弹簧的劲度系数均不相同。试设计记录数据的表格。
11、（2001年上海卷）利用打点计时器研究一个约1. 4高的商店卷帘窗的运动。将纸带粘在卷帘底部，纸带通过打点计时器随帘在竖直面内向上运动。打印后的纸带如图4所示，数据如表格所示。纸带中AB、BC、CD……每两点之间的时间间隔为0.10s，根据各间距的长度，可计算出卷帘窗在各间距内的平均速度。可以将近似地作为该间距中间时刻的瞬时速度v。
（1）请根据所提供的纸带和数据，绘出卷帘窗运动的v - t图线。
（2）AD段的加速度为 m/s2，AK段的平均速度为 m/s
12、(1)（9分）物体因绕轴转动而具有的动能叫转动动能，转动动能的大小与物体转动的角速度有关。为了研究某一砂轮的转动动能Ek与角速度ω的关系。某同学采用了下述实验方法进行探索：先让砂轮由动力带动匀速旋转测得其角速度ω，然后让砂轮脱离动力，由于克服转轴间摩擦力做功，砂轮最后停下，测出砂轮脱离动力到停止转动的圈数n，通过分析实验数据，得出结论。经实验测得的几组ω和n如下表所示：
ω/rad·s－1
0.5
1
2
3
4
n
5.0
20
80
180
320
Ek/J
另外已测得砂轮转轴的直径为1cm，转轴间的摩擦力为10/πN。
①计算出砂轮每次脱离动力的转动动能，并填入上表中。
②由上述数据推导出该砂轮的转动动能Ek与角速度ω的关系
为 。
③若测得脱离动力后砂轮的角速度为2.5rad/s，则它转过45圈后的角
速度为 rad/s。
13、(8分)某同学利用焊有细钢针的音叉（固有
频率f0）、熏有煤油灯烟灰的均匀金属片和刻
度尺来测定重力加速度。他的实验步骤有：
将熏有烟灰的金属片静止悬挂，调整音叉
的位置，使音叉不振动时，针尖刚好能水平接触金属片，如图（a）所示。
轻敲音叉，使它振动，同时烧断悬线，使金属片自由下落。
从金属片上选取针尖划痕清晰的一段，从某时刻起针尖经过平衡位置的点依次
为B、C、D、E、F、G、H，测出它们相邻之间的距离分别为b1、b2、b3、b4、b5、b6，如图（b）所示。
（1）推导计算重力加速度的表达式：
（2）金属片自由下落后（不计针尖与金属片间的摩擦），图（c）中3幅图中，你认为针尖在金属片上的划痕正确的是 。
（3）若从悬线烧断瞬间开始计时，钢针开始向左振动，且设向左位移为正，钢针振幅为A，金属片下落h时，钢针对平衡位置的位移y的表达式为y= 。
14、将几根相同的弦一端固定，在另一端系着质量不同的小物体，让其自然下垂，使弦绷紧，做成如图10所示的装置。拨动弦的中心，使其振动，进行实验，研究振动频率f随悬挂物体的质量m及弦的长度L变化的规律。方法是：只让m或只让L变化，测定振动频率f，得到如图11所示的两个图象。根据上面的两个实验，你认为表示频率的式子应如何写？从下面四个选项中，选出一个正确的答案。
图10 图11
A． B．
C． D．
答案
1、⑴根据实验数据在坐标纸上描出的点，基本上在同一条直线上。可以判定F和L间是一次函数关系。画一条直线，使尽可能多的点落在这条直线上，不在直线上的点均匀地分布在直线两侧。该图线跟横轴交点的横坐标表示弹簧的原长。
⑵图线的物理意义是表明弹簧的弹力大小和弹簧伸长量大小成正比。由可得k=25N/m。
2、a=gsinθ—μgcosθ 从而有：μ=tgθ—a/ gsinθ
因此必须知道tgθ、sinθ、和加速度a。
因为tgθ=h/d, sinθ=h/L所以需用米尺测L,d,h。而加速度a=2L/t2 因此还需用秒表测滑块从静止开始下滑至底端的时间t。从而得μ= h/d —2L2/gdt2，为减少测量误差需多次测量求平均值。
3、把小磁钢球悬挂在铁板上方d处，与铁板的引力为f，则有mg+f=mg’， g’为等效重力加速度， f=m（g+g’），用单摆法测出g’后，即可求出f。
4、（1）0.3000m （2）2.40m/s2
（3）用米尽测量：木板长度L、木板上端到水平桌面的高度H。
（4）
5、①匀速沿斜面向上拉木块，测力计读数F1
②匀速向下拉木块，测力计读数F2
③测木块的重力G
μ=
6、①C；BD ② ③M；
7、（1） （2）EP与x的关系：EP与x2成正比（EP∞x2）
猜测的理由：由表中数据可知，在误差范围内，x∞S。而从（1）中关系式有EP∞S2，因而可猜测EP∞S2）
8、①A、C ②用秒表测出飞船在行星表面运行的周期T
用弹簧秤测出已知质量的物体在行星上的重力F 。
③ ；
9、（1）1.750（3分）（2）天平、刻度尺、重锤、复写纸、白纸（4分，每漏1个，扣1分）
（3）小球下落的高度，水平的距离，小球的质量（3分）
（4）（h为小球下落的高度，s为小球水平距离）（5分）
10、（1）天平、刻度尺（2）重力势、质量、上升高度（3）见下图表
小球的质量m= Kg，弹簧A
压缩量x（m）
上升高度h（m）
E=mgh（J）
压缩量x= cm，小球的质量m= Kg
弹簧
A
B
C
劲度系数k（N/m）
上升高度h（m）
E=mgh（J）
11、根据题目要求。把各段时间的平均速度当做这段时间中间时刻的瞬时速度，可算出一系列时刻的速度，见下表。根据表中数据在v-t图上描点画出图象，如图5所示。由图象可以看出，卷帘窗开始做匀加速直线运动，中间有一段作匀速运动，然后作加速度变化的运动。AD段的加速度可由v-t图对应段的斜率确定，为5m/s2。AK段的平均速度可根据表中数据由公式算出，为1.39m/s。
时刻（s）
0.05
0.15
0.25
0.35
0.45
0.55
0.65
0.75
0.85
0.95
速度（m/s）
0.50
1.0
1.5
2.0
2.0
2.0
2.0
1.7
0.80
0.40
12、①0.5 , 2.0 , 8.0 , 18 , 32 ②2ω2 ③2
13、（1）g=（b6+b5+b4-b3-b2-b1）f02 （3分）
（2）C （2分）
（3）y=Asin（2πf0 （3分）
14、A